Теплоты образования химических соединений. Термохимические расчеты

       При расчетах тепловых эффектов химических реакций на ос­тове закона Гесса используют теплоты (энтальпии) образования соединений, которые определены при стандартных условиях.

Стандартная теплота (энтальпия) образования соединешя — это количество теплоты, которое выделяется или поглощается при образовании 1 моль химического соединения в стан­дартных условиях из простых веществ, устойчивых в этих условиях. Например, из двух аллотропных модификаций кислорода (кислород О₂ и озон О₃) в стандартных условиях устойчивой формой является кислород О₂.

       Стандартную теплоту образования выражают в килоджоулях намоль (кДж/моль) и обозначают Н°₂₉₈ (иногда индексы опускают). Чем меньше значение теплоты образования, тем выше устойчивость соединения при стандартных условиях.

       Стандартную теплоту (энтальпию) образования простого вещества принимают равной нулю.

       Тепловой эффект химической реакции легко рассчитать, если известны теплоты образования всех участвующих в ней веществ на основании следствия из закона Гесса:

Тепловой эффект химической реакции равен сумме теплоп образования продуктов реакции за вычетом суммы теплоп образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.

 

       Так, для реакции аА + бВ = сС + dD

 

       Н_{реакции} = (сН(С) + dH°( D)) - (аН(А) + б Н°( В)),

гдеН° _{реакции} — тепловой эффект химической реакции; а, б, с, d — стехиометрические коэффициенты;

Н°(А) и Н°(В) — теплоты образования исходных веществ;

Н°(С) и Н°(D) — теплоты образования продуктов реакции.

 

Задача. При взаимодействии свежеприготовленного кристаллического оксида алюминия и газообразного оксида серы(У1) получен кристаллический сульфат алюминия. Составьте термохимическое уравнение реакции, вы­числив на основании стандартных теплот образования веществ (табл. 24) ее тепловой эффект. Укажите, какая это реакция — экзотермическая или эндотермическая.

Решение

1. Составляем уравнение реакции:

А1₂О₃ + 3SО₃= Al₂(SO₄)₃

2. Вычисляем тепловой эффект реакции.

Согласно следствию из закона Гесса

H°_{реакции} = H°(A1₂(SO₄)₃, тв.) - ((H(А1₂O₃, тв.) + 3H°(SO₃, г.)).

Подставив в это уравнение значения величин по­лучаем:

H_{реакции} = 3442,0- (-1669,8 + 3 • (-396,1)) = -583,9 (кДж).

Тепловой эффект реакции равен -583,9 кДж, следовательно, реакция экзотермическая, протекает с выделением теплоты.

       Записываем термохимическое уравнение реакции:

А1₂0₃ (тв.) + 3SO₃(г.) = A1₂(S0₄)₃(тв.); H_{реакцпи}= -583,9 кДж.

Ответ:Н_{реакцин} = -583,9 кДж.

Катализаторы

       Большое влияние на скорость химических реакций оказывает присутствие некоторых веществ. Одни из них увеличивают скорость реакции. Например, в роли ускорителя часто выступает в да. Если поместить в тигель или фарфоровую чашку немного см си порошкообразного алюминия с предварительно растертым порошок иодом и тщательно перемешать ее стеклянной палочкой, видимых изменений не наблюдается. Однако достаточно к этой смеси добавить одну каплю воды, как происходит вспышка — результат бурного взаимодействия иода с алюминием:

                   Н₂О

       2А1 + 31₂— 2А1I₃

 

       Вещества, которые увеличивают скорость химической peaкции, но сами не расходуются в результате ее протекания, называют катализаторами.

Изменение скорости химической реакции под действиемкатализатора называют катализом.

       Химические реакции, которые протекают в присутствии катализаторов, называют каталитическими.

       Вбольшинстве случаев действие катализатора объясняется тем, что он снижает энергию активации, необходимую для протекания реакции. Влияние катализатора на энергию активации процесса можно проиллюстрировать на примере реакции разложения иодоводорода:

           2HI =Н₂ + I₂